光學膠應用之高性能藍光吸收劑—台灣永光化學  

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洪詩雅、謝杰修、王敏莉、黃耀興、陳正聲、顏盟晃
/台灣永光化學工業(股)公司特用化學事業處
 

藍光屬於可見光的 一部份,由於接近紫外光,屬於短波長且能量強。依據文獻指出,長期暴露在藍光下容易造成眼睛傷害;近日亦指出,抗藍光產品顏色過黃,容易造成眼睛疲勞,影 響視覺。本文研究紫外光吸收劑應用於光學膠,阻隔部份藍光。依實驗結果顯示,以 Eversorb® A與Eversorb® B搭配使用於25 μm厚度的光學膠,其穿透光譜顯示在 400nm之穿透度小於 5%,550nm 仍維持穿透度 ≥90%;且 b*<3,有別於市售之抗藍光商品顏色偏黃的問題。若將樣品放置於鈔票上,利用驗鈔筆照射時,則無法顯示出防偽線,達 成業界的檢驗規範。


前言
隨著科技的日新月異,近年來3C(Computer 、Communication、Consumer Electronics)產業蓬勃發展,尤其智慧型手機及平板電腦等商品的普及化,更改變了現代人的生活習慣;但長期頻繁地使用這類3C產品所帶來的「文明病」則不容小覷。現今平面顯示器的背光模組,以採用發光二極體(Light-emitting Diode; LED)背光源為主流;許多文獻指出,LED所放射出的藍光比起傳統光源還要強烈,長期暴露在藍光下容易造成眼睛傷害(1)。根據ISO(International Organization for Standardization)國際標準化組織定義,藍光屬於可見光的一部份,波長介於380~530 nm的電磁波,屬於短波長且能量強。
市場上抗藍光需求的領域相當廣泛,例如:眼鏡、護目鏡、LCD、LED等。為了製作工藝的便捷,普遍採用添加劑添加於光學膠之中,再加以應用。光學膠具有鍵結強度好、透明度高、易於加工等優點,因此在光電產業、節能產業及民生工業都被廣泛地使用。光學膠依樹脂種類可區分為有機矽橡膠系、丙烯酸系、不飽和聚酯系及聚氨酯系等。
目前藍光吸收劑主要分為黃色染料及螢光材料,如圖一所示。目前市售的抗藍光商品大多呈現黃色,然而有醫生指出,抗藍光的產品若是顏色偏黃,反而易造成眼睛疲勞。所以如何在不影響視覺效果的前提下,有效地阻隔部份藍光,成為貼近生活及保健的課題。而本文將利用紫外光吸收劑在400 nm波段也有吸收的特性,開發適用於抗藍光光學膠的產品。

 
圖一、市售抗藍光材料(a)黃色染料;(b)螢光材料
圖一、市售抗藍光材料(a)黃色染料;(b)螢光材料

實驗設計與實作
1. 材料
選擇適用於光學膠,且在400 nm有吸收的紫外光吸收劑:Benzotriazole結構的Eversorb® A(永光化學)、Benzophenone結構的Eversorb® B(永光化學)。上述材料之UV-vis穿透光譜如圖二所示,其溶劑為Tetrahydrofuran(THF)、濃度為100 mg/L。光學膠選用體系為熱固化溶劑型丙烯酸系(新綜工業,型號HT-6678),以上材料皆為工業級。各組樣品的固成分添加量如表一所示。

圖二、 Eversorb® A與Eversorb® B之UV-vis穿透光譜
圖二、 Eversorb® A與Eversorb® B之UV-vis穿透光譜


表一、光學膠之紫外光吸收劑添加量
表一、光學膠之紫外光吸收劑添加量

2. 檢測項目與方法
針對抗藍光的商品,目前並無國際標準檢驗規範,所以市場規格相當混亂。目前市面上最普遍檢測抗藍光產品的方式,是使用UV-vis光譜儀量測穿透圖譜,直接觀測各波段區域的阻隔能力。本研究採用380 nm、400 nm和550 nm的穿透度(T%)分別表示紫外光、藍光和可見光的阻隔能力,數值越低表示阻隔能力越強。空間色彩則依CIE L*a*b*標準檢驗規範,b*為正值表示顏色為黃色,數值越接近零表示膜面顏色淺,當b*小於3時,人眼無法明顯辨識色差。量測b*也是使用UV-vis光譜儀(Shimadzu,型號UV-2600)。
除了穿透度外,霧度(Haze)為另一透明材料之光學性能重要指標。使用霧度儀(BYK,品名Haze-gard Dual)量測,Haze 越小表示膜面越透明,一般市售品的要求為Haze小於2。
另外,業界常用抗藍光產品有另一檢測方法:將抗藍光產品放置於鈔票防偽線上,用驗鈔筆照射觀察防偽線,若無法觀察到防偽線,表示抗藍光產品能阻隔驗鈔筆光源。若要達成此規格,400 nm的穿透度必須小於5%,本研究將同步進行驗證。
3. 試片製作方法
各組依比例秤取樣品,均勻攪拌、消除氣泡後,使用金屬塗佈棒與自動塗佈機台(ZEHNTNER,型號ZAA2300),將光學膠平均地塗佈於透明離型膜上,烘烤後製得25 μm乾燥膠層,再以滾輪護貝機(漢光,型號HK330DS)將光學膠面與光學級PET進行貼合,並裁剪成適當大小,最終得到「PET/光學膠/離型膜」的三層結構,待熟成完畢後,將離型膜剝除,量測穿透光譜、b*及Haze。


實驗結果分析
1. 實驗數據
本實驗之穿透度結果如表二。抗藍光樣品在380 nm可完全阻隔,紫外光無法穿透;400 nm則隨著Eversorb® B添加量的提高而下降,從圖二可觀察出係由Eversorb®B的吸收強度較強所導致的;而550 nm仍維持高穿透。b*與Haze數據如表三所示。甲樣品的400 nm穿透度偏高,但是b*和 Haze數值很低,顯示單獨使用Eversorb® A不足以滿足穿透度的標準;戊樣品的400 nm穿透度極低,然而b*與Haze數值偏高,故Eversorb® B不適用於高添加劑量。反而將Eversorb® A與Eversorb® B兩者互相搭配效果較好。


表二、抗藍光樣品之UV-vis穿透度數據
表二、抗藍光樣品之UV-vis穿透度數據


表三、抗藍光樣品之b*與Haze數據譜標示於圖三,b*為2.41、Haze為1.76,顯示數據與效能仍維持不變,代表此產品無析出的議題存在
表三、抗藍光樣品之b*與Haze數據譜標示於圖三

2. 效果確認
若要通過驗鈔筆檢驗規格,400 nm的穿透度必須小於5%。丙樣品UV-vis穿透圖譜如圖三所示, 400 nm的穿透度為4.65%。將其置於鈔票上實測,成功阻隔驗鈔筆光源,無法觀測出防偽線,如圖四所示。並將樣品於常溫下靜置180天,UV-vis穿透圖譜標示於圖三,b*為2.41、Haze為1.76,顯示數據與效能仍維持不變,代表此產品無析出的議題存在。



圖三、丙樣品UV-vis穿透圖譜
圖三、丙樣品UV-vis穿透圖譜


圖四、利用驗鈔筆照射新台幣上的防偽線(a)未放置任何物品;(b)使用丙樣品
圖四、利用驗鈔筆照射新台幣上的防偽線(a)未放置任何物品;(b)使用丙樣品

結語
市面上雖有商品可達成業界之驗鈔筆檢驗規範,但b*卻偏高;另有些商品則無法通過驗鈔筆之檢驗規範。由實驗結果顯示,紫外光吸收劑之Eversorb® A搭配 Eversorb® B,應用於光學膠,製備實際膠層厚度為 25 μm的塗層於光學級 PET上,可滿足 400 nm以下穿透度<5%、550 nm穿透度 ≥90%、b*<3的需求,並可達成業界之驗鈔筆檢驗規範。發展出可應用於光學膠之抗藍光產品,且有別於市售抗藍光商品顏色偏黃的問題。永光化學特化事業處將會持續進步創新,發展不同應用領域的產品,並將持續發表後續的研究成果。


關於永光化學Everlight Chemical特用化學事業處
永光化學特化事業處(特用化學產業)主要為光安定劑及紫外線吸收劑之製造商,其中以Benzotriazole類紫外線吸收劑為主要產品。添加永光之光安定劑(產品專利名稱 Eversorb®),可扺抗日光及人造光中的紫外線並增強耐候性、延長使用壽命。如您對本公司光安定劑、紫外線吸收劑 等產品有進一步問題,請聯絡Email: uva@ecic.com.tw,本公司將提供更詳細的技術資料!


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